第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、吉林財經(jīng)大學 管理科學與信息工程學院Chapter 2 Chapter 2 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)學習目標學習目標l掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念l掌握幾種編碼方法掌握幾種編碼方法l理解多路復(fù)用技術(shù)理解多路復(fù)用技術(shù)l了解數(shù)據(jù)交換技術(shù)了解數(shù)據(jù)交換技術(shù)學習完本章課程，您應(yīng)該能夠：學習完本章課程，您應(yīng)該能夠：第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第二章第二章 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通訊基礎(chǔ)通訊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信是計算機和通信相結(jié)合產(chǎn)生的一種通信方式和業(yè)務(wù)。所謂的數(shù)據(jù)通信就是將數(shù)據(jù)用電信號或光信號表示，并通過傳輸媒體正確地傳輸給接收者。傳輸媒體所構(gòu)成的傳輸信道并不是完全理想的，存在著傳輸失真和噪聲干擾，可

2、能使信號發(fā)生差錯，因此需要通信雙方進行必要的差錯控制。同時，為了使整個通信過程有序進行，通信雙方必須建立共同遵守的規(guī)則協(xié)議和約定，并按照協(xié)議和約定進行通信，這樣才能實現(xiàn)有意義的數(shù)據(jù)通信。例如:摩爾斯Morse code電碼、電報數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號 正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機通過兩個計算機通過電話網(wǎng)絡(luò)通信實例說明數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 從宏觀上講，一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分，即源系統(tǒng)、傳輸系

3、統(tǒng)和目的系統(tǒng)。 源源系統(tǒng)一般包括以下兩個部分：系統(tǒng)一般包括以下兩個部分：l源點（信源）：產(chǎn)生要發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，把數(shù)據(jù)原始信號化，例如個人計算機l發(fā)送器：一般來說，信源所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過形式上的變換才適合在傳輸系統(tǒng)中傳送。發(fā)送設(shè)備將數(shù)據(jù)信息進行編碼，將數(shù)據(jù)信息變換成可在傳輸系統(tǒng)中傳送的信號并將信號送給傳輸系統(tǒng)。例如調(diào)制解調(diào)器可將它所連接的計算機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變換成能在電話網(wǎng)中傳送的模擬信號。調(diào)制解調(diào)器有內(nèi)置、外置兩種。ADSL調(diào)制解調(diào)器與傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器不同。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)一般也包括以下兩個部分：一般也包括以下兩個部分：l接收器：接收器接收信號，將信號變換成信宿可

4、處理的數(shù)據(jù)信息。例如，調(diào)制解調(diào)器從電話網(wǎng)絡(luò)中接收模擬信號，并將模擬信號變換成數(shù)據(jù)信息傳遞給計算機。l終點（信宿）：終點從接收器接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并還原成數(shù)據(jù)。終點又稱為目的站。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成l傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)l傳輸系統(tǒng)可以是一條簡單的傳輸線路，也可以是一個比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。（例如：BP尋呼機系統(tǒng)包括計算機服務(wù)器調(diào)制解調(diào)器線路 調(diào)整解調(diào)器 發(fā)射機 BP機）數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成l實例說明數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成計算機通信系統(tǒng)組成計算機通信系統(tǒng)組成 一個計算機通信系統(tǒng)由7個部分組成，它包括：l發(fā)送方的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）：用來發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，可以是計算機、工作站、終端

5、等。l發(fā)送方的數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備（DCE）：用來實現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號的轉(zhuǎn)換，可以是替調(diào)制解調(diào)器（Modem使用模擬信道）或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單元（DSU使用數(shù)字信道）。l接收方的數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備：用來實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。l傳輸媒體：從發(fā)送方到接收方的物理路徑，可以是有線，也可以使無線的。l接收方的數(shù)據(jù)終端設(shè)備：用來接收數(shù)據(jù)的設(shè)備，可以是計算機、工作站或終端。l數(shù)據(jù)：是通信所傳輸?shù)男畔?，可以使文本、?shù)字、圖像、聲音或視頻，或他們的組合。l協(xié)議：是通信規(guī)則的組合，負責協(xié)調(diào)通信，兩個設(shè)備能夠進行通信的前提是必須執(zhí)行同樣的協(xié)議，即相當于使用同一種語言。如：中國人和日本人說話，無法溝通，但可以選擇英語，

6、大家都說英語，即以英語為協(xié)議。一個數(shù)據(jù)通信協(xié)議詳細定義了通信的時間、方法、過程等問題。標準 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展離不開標準的制訂和應(yīng)用，標準不僅使不同的計算機之間可能實現(xiàn)通信，而且可以使符合標準的產(chǎn)品得到推廣，從而擴大生產(chǎn)規(guī)模，降低生產(chǎn)和使用成本。標準化是解決網(wǎng)絡(luò)互通、資源浪費、開發(fā)風險、開發(fā)周期等問題的重要手段。l事實標準：事實標準是指非由標準化組織制定的，而是由處于技術(shù)領(lǐng)先地位的企業(yè)、企業(yè)集團制定(有的還需行業(yè)聯(lián)盟組織認可)，由于廣泛使用而得到發(fā)展普及的標準。如DVD、IBM PC體系結(jié)構(gòu)；l認證標準：得到國家或國際公認機構(gòu)正式認證并采納的標準；如：RS-232、IEEE802等。國際標準化組織l國

7、際標準化組織（ISO，International Standards Organization） l國 際 電 信 聯(lián) 盟 （ I T U - U I n t e r n a t i o n a l Telecommunications Union-Telecommunication Standards Sector） l電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE，Institute of Electrical And Electronics Engineers） l電子工業(yè)協(xié)會（EIA，Electronic Industries Association） l美國國家標準協(xié)會（ANSI，American

8、National Standards Institute） lInternet架構(gòu)委員會（IAB，Internet Architecture Board） l國際電子技術(shù)委員會（IEC，International Electro technical Commission） 國際標準化組織國際標準化組織 國際標準化組織（ISO ， International Standards Organization）l世界上最著名的國際標準化組織之一，是一個全球性的非政府組織。1947年正式成立，總部在日內(nèi)瓦。l工作程序：如果由某個國家標準化組織覺得在某個領(lǐng)域需要有一個國際標準，就成立一個工作組，由該工作組

9、提出委員會草案，在得到所有成員的多數(shù)贊成后，制定一個修訂文檔，稱為國際標準草案，并且在成員中傳閱評價，最后投票獲準后成為國際標準。l它主要由美國國家標準協(xié)會（ANSI，它制定了ASCII碼，是一個非贏利性的民間標準化團體，但它實際上已成為美國國家標準化中心，是美國在ISO中的代表）和其他國家的國家標準組織的代表組成。最突出的貢獻就是對開發(fā)系統(tǒng)的研究，我們目前絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)教材還以O(shè)SI參考模型為基準。WAPI爭端爭端l2006年3月7日，WAPI在成為國際標準的快速流程投票階段中失利，約二成的國際標準化組織(ISO)會員支持WAPI，八成以上的會員支持英特爾主導(dǎo)開發(fā)的IEEE802.11i。

10、l中國無線局域網(wǎng)安全強制標準WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的英文縮寫，由西安捷通通信公司研發(fā)。l其最大的區(qū)別是安全加密的技術(shù)不同：WAPI使用的是一種名為“無線局域網(wǎng)鑒別與保密基礎(chǔ)架構(gòu)(WAPI)”的安全協(xié)議，而802.11B則采用“有線加強等效保密(WEP)”安全協(xié)議。制訂制訂WAPI的原因的原因l出于安全性考慮。無線局域網(wǎng)來說，安全性方面非常脆弱，因為現(xiàn)行的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品大多數(shù)都采用802.11B作為無線傳輸協(xié)議，這種協(xié)議的優(yōu)點是傳輸速率能達到11M，與有線局域網(wǎng)的傳輸速度相近，而且覆蓋范圍達100米。但是“成也何蕭，敗

11、也何蕭”。正是其傳輸速度快，覆蓋范圍廣，才使它在安全方面非常脆弱, WIFI加密技術(shù)經(jīng)歷了WEP、WPA、WPA2的演化，每一次都極大提高了安全性和破解難度，然而由于其單向認證的缺陷，這些加密技術(shù)均已經(jīng)被破解并公布。WPA于2008年被破解。WPA2則于2010年上半年被黑客破解并在網(wǎng)上公布。因為數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中都曝露都空中，很容易被別有用心的人截取數(shù)據(jù)包。而且其核心技術(shù)掌握在別國人手中，他們既然能制定得出來就一定有辦法破解，所以在安全方面成了政府和商業(yè)用戶使用WLAN的一大隱患。所以我國強制性地要求相關(guān)商業(yè)機構(gòu)執(zhí)行WAPI標準能更有效地保護數(shù)據(jù)的安全。家庭無線網(wǎng)絡(luò)破解,蹭網(wǎng).應(yīng)對方法:ma

12、c地址綁定過濾, 關(guān)閉ssid廣播制訂制訂WAPI的原因的原因l出于利益方面的考慮。我國是個經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品都擁有巨大的發(fā)展空間，尤其是高科技產(chǎn)品。但是，在以前，我國在高科技產(chǎn)品方面喪失了很多的機會，由于極少有自主核心技術(shù)和自己業(yè)界標準的產(chǎn)品，造成了頗為被動的局面：DVD要被外國人收取大量的專利費，GPRS、CDMA1X等等的標準都掌握在外國人手里，我們只能乖乖地將大把的鈔票送給人家去買人家的標準，而自己則像個替人“打工”的工人，只能去搞CEO、去幫人組裝產(chǎn)品。所以，有人說“一流的企業(yè)賣標準、二流的企業(yè)賣技術(shù)、三流的企業(yè)賣產(chǎn)品”。但是，現(xiàn)在機會來了。WLAN（無線局域網(wǎng)）在我

13、國是一個新興的新生事物，發(fā)展勢頭迅猛。以整合無線模塊的迅馳筆記本電腦的銷售情況來看，似乎不錯，我國的WLAN的市場潛力很大。我國現(xiàn)在制定自己的WLAN傳輸協(xié)議標準，從長遠來看，將會取得很大的經(jīng)濟利益。國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟l產(chǎn)生背景：AT&T的前身是由電話發(fā)明人貝爾于1877年創(chuàng)建的美國貝爾電話公司。曾長期壟斷美國長途和本地電話市場。 1984年，美國司法部依據(jù)反托拉斯法拆分AT&T，分拆出一個繼承了母公司名稱的新AT&T公司(專營長途電話業(yè)務(wù))和七個本地電話公司(即“貝爾七兄弟”)，美國電信業(yè)從此進入了競爭時代。除此之外，美國還約有1500個獨立的私有電話公司。有了

14、這么多的服務(wù)提供者，為了實現(xiàn)全球范圍通信的兼容性，就需要確定一個大家共同遵守的標準，這些標準主要由國際電信聯(lián)盟制定。國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟l國際電信聯(lián)盟的前身是國際電報電話咨詢委員會（CCITT）成立于1865年，1947年成為聯(lián)合國機構(gòu)ITU下屬3個部門之一（ITU分為ITU-R無線電通信部；ITU-D電信發(fā)展部；ITU-T電信標準部）。lITU的成員包括各國電信主管部門及各種各樣的科研機構(gòu)、工業(yè)組織、電信組織、電話通信方面的權(quán)威人士，負責對世界范圍內(nèi)的電話、電報、數(shù)據(jù)通信提出技術(shù)性建議。它定義了眾所周知的V系列和X系列標準。如：定義了廣域網(wǎng)技術(shù)中的x.25,幀中繼Frame Relay等

15、。電氣與電子工程師協(xié)會電氣與電子工程師協(xié)會l電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE，Institute of Electrical And Electronics Engineers）l是全球最大的專業(yè)技術(shù)學會，會員達幾十萬人。由計算機和工程學專業(yè)人士組成，負責計算機、電氣電子等專業(yè)標準的制定，他制定了大量網(wǎng)絡(luò)標準，使得各個廠家產(chǎn)品互通，目前IEEE制定的局域網(wǎng)標準占據(jù)當今主導(dǎo)地位，如：802.x協(xié)議族（802.3以太網(wǎng)標準CSMA/CD、802.4令牌總線網(wǎng)標準、802.5令牌環(huán)網(wǎng)標準Token Ring）。許多IEEE標準最終成為ISO的標準，如：IEEE802被ISO采納后確定為ISO8002。

16、電子工業(yè)協(xié)會電子工業(yè)協(xié)會l電子工業(yè)協(xié)會（EIA，Electronic Industries Association）l主要成員是電子公司和電信設(shè)備制造商，它也是ANSI的成員。主要制定設(shè)備間的電氣標準（電氣連接合數(shù)據(jù)的物理傳輸），在數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域，它定義了網(wǎng)絡(luò)連接線纜標準，如：RS232、V35、568A/568B布線標準等。美國國家標準協(xié)會美國國家標準協(xié)會l美國國家標準協(xié)會（ANSI，American National Standards Institute）l是國際標準化組織美國的代表，ANSI標準廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在網(wǎng)絡(luò)方面定義了FDDI光纖分布式數(shù)據(jù)接口標準，ASCII碼。與與Inte

17、rnet相關(guān)的組織相關(guān)的組織l因特網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）Internet Engineering Task Force，成立于1985年，主要任務(wù)是負責互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范的制訂。是一個由為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程及發(fā)展做出貢獻的專家自發(fā)參與和管理的國際民間機構(gòu)。大量的技術(shù)性工作均由其內(nèi)部的各類工作組協(xié)作完成。包括：lInternet架構(gòu)委員會（IAB）負責定義整個互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，是IETF的最高技術(shù)決策機構(gòu)。l因特網(wǎng)工程指導(dǎo)組（IESG）負責技術(shù)管理和互聯(lián)網(wǎng)標準制定進程，是IETF實施決策機構(gòu)。lIAB負責形成各種網(wǎng)絡(luò)標準，一個RFC文件在成為官方標準前一般至少要經(jīng)歷三個階段：建議標準、草案標準、因特網(wǎng)標準

18、。RFC文檔文檔lRFC(Request For Comments)-意即“請求注解”，包含了關(guān)于Internet的幾乎所有重要的文字資料，RFC享有網(wǎng)絡(luò)知識圣經(jīng)之美譽。通常，當某家機構(gòu)或團體開發(fā)出了一套標準或提出對某種標準的設(shè)想，想要征詢外界的意見時，就會在Internet上發(fā)放一份RFC，對這一問題感興趣的人可以閱讀該RFC并提出自己的意見；絕大部分網(wǎng)絡(luò)標準的指定都是以RFC的形式開始，經(jīng)過大量的論證和修改過程，由主要的標準化組織所指定的，但在RFC中所收錄的文件并不都是正在使用或為大家所公認的，也有很大一部分只在某個局部領(lǐng)域被使用或并沒有被采用，一份RFC具體處于什么狀態(tài)都在文件中作了明

19、確的標識。第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)信號信號通信的目的是交換信息， 信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形或圖像，計算機產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合。計算機網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息，無論是語音、圖像、數(shù)字化數(shù)據(jù)或字符等，必須先轉(zhuǎn)化成0、1比特系列的數(shù)字化信息，然后再轉(zhuǎn)化成電磁信號在傳輸媒體上傳輸。表示數(shù)字信息的信號可以是模擬信號也可以是數(shù)字信號。基本概念 l數(shù)據(jù)：事先約定的、具有某種含義的數(shù)字或字母（或符號）以及他們的組合。數(shù)據(jù)是信息的載體，從形式上，又可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種。l信息：信息輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。l信號：信號時數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，是數(shù)據(jù)在傳輸過程

20、中的表示形式。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過傳輸介質(zhì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都稱之為信號。信號的類型與傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等因素有關(guān)，如適用于不同傳輸介質(zhì)的電信號、光信號、微波信號等，其中電信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩種形式。l信道：在通信系統(tǒng)中，各種信號都要通過傳輸介質(zhì)才能從一端傳輸?shù)搅硪欢?，信道就是通信雙方以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號傳遞通道。從微觀上講，信道是指信號在通過傳輸介質(zhì)時所占用的一段頻帶。基本概念 l模擬數(shù)據(jù)：在某個區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值。諸如：聲音、視頻，溫度和壓力變化等。l數(shù)字數(shù)據(jù)：離散的值，如文本、整數(shù)等。l模擬信號：信號電平是連續(xù)變化的；由持續(xù)變化的電平構(gòu)成，在圖像上表現(xiàn)為正弦波或余弦波形。l數(shù)字信號：信

21、號是離散的脈沖序列，通過一串特定的電平序列來表示數(shù)據(jù)。在圖像上，數(shù)字信號通常表現(xiàn)為一個矩形波，如下圖。例如計算機使用的數(shù)字信號是用兩種不同的電平去表示0、1比特序列的電壓脈沖信號表示；l以數(shù)字脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)的信道成為數(shù)字信道相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道稱為模擬信道，相應(yīng)的通信系統(tǒng)成為模擬通信系統(tǒng)。基本概念 l數(shù)據(jù)傳輸率(比特率和波特率)：比特率是每秒所發(fā)送的比特數(shù)。而波特率是每秒所發(fā)送的信號單元數(shù)。當一個信號單元可以代表一個或多個比特時，波特率小于等于比特率。波特率決定了發(fā)送信號所需的帶寬。l誤碼率：錯誤碼元在總傳輸碼元中所占的比率。l載波信號：在模擬傳輸

22、中，發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個高頻信號作為基波來承載信息信號。這個基波就稱為載波信號，其頻率就成為載波頻率。發(fā)送方通過改變載波信號的一個或多個特性（振幅、頻率和相位）將數(shù)字信息調(diào)制到載波信號上。載波信號的這種改變被稱為調(diào)制，帶有信息的載波信號被稱為調(diào)制信號。第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)編碼編碼 編碼是指如何將信息用信號來表示，不同的信號選擇不同的信道傳輸，才能獲得較好的傳輸質(zhì)量。信息有兩種，數(shù)字信息或是模擬信息。信號有兩種，模擬信號和數(shù)字信號。所以編碼的方式就有四種：模擬模擬：最早的電話系統(tǒng)、無線廣播（AM、FM）。模擬數(shù)字：將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式后，就可以使用先進的數(shù)字傳輸和交換設(shè)備。如：

23、錄像帶轉(zhuǎn)為VCD，馬賽克現(xiàn)象，IP電話。數(shù)字模擬：有些傳輸介質(zhì)只適合于傳輸模擬信號，如光纖和無線信道。數(shù)字數(shù)字：為了數(shù)據(jù)同步、提高傳輸效率等目的，將現(xiàn)有的數(shù)字信號重新編碼。如計算機漢字信息編碼，機內(nèi)碼-交換碼-輸出碼見關(guān)系。四種編碼方式的實現(xiàn)方法四種編碼方式的實現(xiàn)方法 模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號 PCM編碼器數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號 數(shù)字發(fā)送器四種編碼方式的實現(xiàn)方法四種編碼方式的實現(xiàn)方法l模擬-模擬：通過改變頻率、振幅和相位的技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼。l模擬-數(shù)字：通過對模擬信號的采樣、量化技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼（采樣密度越大，還原越真實，如磁帶-MP3，錄像帶-VCD。l數(shù)

24、字-模擬：通過對數(shù)字信號的調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼。如：調(diào)整解調(diào)。l數(shù)字-數(shù)字：通過改變編碼方式重新進行數(shù)據(jù)編碼。如：DVD-RMVB，CD-MP3。數(shù)字模擬編碼l計算機之間的遠程通訊通常采用頻帶傳輸技術(shù)。使用頻帶傳輸技術(shù)就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波是頻率固定的連續(xù)模擬信號，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中采用頻帶傳輸數(shù)據(jù)就要要利用調(diào)制技術(shù)把基帶脈沖信號調(diào)制成可以遠程傳輸?shù)哪M信號，通常是通過調(diào)制解調(diào)器來實現(xiàn)的。l數(shù)字信號可以通過調(diào)制技術(shù)在模擬信道上傳輸。（如ADSL、MODEM）數(shù)字模擬編碼l常見的數(shù)字信號的調(diào)制都選用正弦波作為載波，由于正弦波有三個參數(shù)：振幅、頻率和相位，因此理論上

25、也就有3種不同調(diào)制方法。l一個正弦波可以通過三個要素來定義：振幅、頻率和相位。當我們改變其中的任意一個要素時，就有了波的另一種形式。如果我們用原來的波代表二進制1時，那么波的變化形式就可以用來代表二進制0，反之亦然。l最常用的數(shù)字模擬編碼機制有四種：幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)和正交調(diào)幅(QAM)。 幅移鍵控(ASK)1001振幅時間在幅移鍵控(ASK)技術(shù)中，通過改變載波信號的強度來表示二進制0、1，而振幅改變的同時，頻率和相位則保持不變。哪個振幅代表0，哪個振幅代表1則由系統(tǒng)設(shè)計者決定。比特時延是表示一個比特所需要的時間區(qū)段。在每個比特時延中信號的最大振幅是一

26、個常數(shù)值，其值與所代表的比特(0或1)有關(guān)。ASK傳輸技術(shù)受噪聲影響很大，數(shù)據(jù)速率較低，在實際應(yīng)用中較少使用。頻移鍵控(FSK)1001振幅時間 在頻移鍵控(FSK)技術(shù)中，通過改變載波信號的頻率來表示二進制0、1，而頻率改變的同時，振幅和相位則保持不變。 在每個比特時延中信號的頻率是一個常數(shù)值，其值與所代表的比特(0或1)有關(guān)。 FSK避免了ASK中的噪聲問題。FSK技術(shù)的限制因素是載波的物理容量，對帶寬要求相對高。相移鍵控(PSK)1001振幅時間在相移鍵控(PSK)技術(shù)中，通過改變載波信號的相位來表示二進制0、1，而相位改變的同時，最大振幅和頻率則保持不變。例如，用0度相位代表0，擁18

27、0度相位表示1。這種PSK技術(shù)稱為二相位PSK，或2-PSK。信號之間的相位差為180度。 相移鍵控(PSK)00111001振幅時間同樣，可以用四種不同相位的正弦信號分別表示00、01、10和11。例如，用0度相位代表0度，用90度相位表示01，用180度相位代表10，用2700相位表示11。這樣每種相位的正弦信號可以表示兩位二進制信息。這種PSK技術(shù)稱為四相位PSK，或4-PSK，或Q-PSK。信號之間的相位差為90度。2.3.2.3 相移鍵控(PSK)2-PSK 星座圖4-PSK 星座圖8-PSK 星座圖0100110110000001010011100101110111同樣的道理，也可

28、以采用8-PSK技術(shù)，這樣每種相位的正弦信號可以表示3位二進制信息。但信號之間的相位差為45度。對于PSK技術(shù)，可以用一種稱為星座表或相位狀態(tài)圖的圖形來描述相位值和比特值之間的對應(yīng)關(guān)系。圖給出了2-PSK、4-PSK和8-PSK的星座表。正交調(diào)幅(QAM)lPSK編碼技術(shù)受到設(shè)備檢測相位微小變化能力的限制。這個因素限制了它的潛在的比特率的提高。ASK，F(xiàn)SK和PSK只利用了正弦波三個特性中的一個來進行編碼。 l正交調(diào)幅(QAM)編碼是將ASK和PSK結(jié)合起來的編碼方法。l設(shè)在相位上有x種變化，在振幅上有y種變化，于是總共就有了x乘y種可能的變化進行編碼。例如：2振幅、4相位的正交調(diào)幅 編碼。0

29、01振幅時間000010011100101110111兩種兩種16-QAM星座圖星座圖 正交調(diào)幅(QAM)也可以用星座圖來描述。下圖描述了兩種16-QAM星座圖。模擬信號的解調(diào)基本分3個過程：采樣、量化、編碼數(shù)字數(shù)字編碼l對于傳輸數(shù)字信號來說，最普遍而且最容易的辦法就是用兩個電壓電平來表示兩個二進制數(shù)字。如用無電壓表示0，恒定的正電壓（5V）表示1。l在這種編碼形式下，由計算機產(chǎn)生的0、1比特序列被轉(zhuǎn)換成一串可以在導(dǎo)線上傳輸?shù)拿}沖電壓。l根據(jù)不同電壓表示數(shù)據(jù)的不同，把數(shù)字數(shù)字編碼分為三大類：單極性編碼；極化編碼；雙極性單極性編碼；極化編碼；雙極性編碼編碼。單極性編碼l單極性編碼是最簡單最基本的

30、一種數(shù)字信息數(shù)字信號的編碼形式。數(shù)字傳輸系統(tǒng)通過在介質(zhì)上發(fā)送脈沖電壓進行運作。單極性編碼的名稱指的是電壓只有一極。因此，二進制的兩個狀態(tài)只有一個進行了編碼，通常是1，由正電壓表示。另一個狀態(tài)0，則由零電壓或是線路空閑來表示。11100000振幅時間單極性編碼l單極性編碼存在兩個問題：直流分量直流分量和同步問題同步問題。l直流分量的問題直流分量的問題：由于單極性編碼信號的平均振幅不等于零，所以存在一個直流分量。而一般的通信信道沒有處理直流分量的能力，如微波、光纖。即使有，發(fā)送器和接收器就只進行交流耦合，直流分量也無法通過。 l同步的問題同步的問題：當一個信號不發(fā)生改變時，接收端無法知道每個比特的

31、開始和結(jié)束。當數(shù)據(jù)流中有一長串連續(xù)的0或1的時候，信號是沒有變化的，接收端無法知道每個比特的開始和結(jié)束，只能依賴時間因素，如果收發(fā)兩端的時鐘頻率有差異，接收端就會多讀入一位或少讀入一位。比如，將1000位0看成為999位0，或者看成為1001位0。l解決單極性傳輸?shù)耐娇刂茊栴}的一個方案是利用一條獨立并行的線路來傳輸時鐘脈沖。但這將增加傳輸線路，從而增加了開銷。極化編碼l極化編碼采用兩個電壓：一個正電壓，一個負電壓。通過使用兩個電壓，減輕了單極性編碼中的直流分量問題。l極化編碼最常見的有三種：1.1.非歸零編碼（非歸零編碼（NRZNRZ）；）；2.2.歸零編碼歸零編碼(RZ)(RZ)；3.3.

32、雙相位碼。雙相位碼。非歸零編碼（NRZ）l在非歸零編碼中，信號的電壓值或正或負，線路空閑意味著沒有任何信號正在傳輸中，而在單極性編碼中，線路空閑代表比特0。l非歸零碼有兩種：（1 1）非歸零電平編碼）非歸零電平編碼(NRZ-L)(NRZ-L)；（2 2）非歸零反相編碼（）非歸零反相編碼（NRZ-INRZ-I）。）。兩種非歸零編碼l非歸零電平編碼(NRZ-L)：在NRZ-L編碼方式中，信號的電平是根據(jù)它所代表的比特位來決定的。一個正電壓代表比特1，而一個負電壓代表比特0。 l非歸零反相編碼（NRZ-I）：在非歸零反相編碼（NRZ-I）方式中，信號電平的一次翻轉(zhuǎn)代表1，沒有電平的變化代表0。l相對

33、于非歸零電平編碼來說，信號電平的翻轉(zhuǎn)能提供一種同步機制。但一長串連續(xù)的0仍會給同步造成問題。據(jù)統(tǒng)計，連續(xù)的比特1出現(xiàn)的幾率比連續(xù)的比特0出現(xiàn)的幾率大。11100000振幅時間振幅時間下一比特為1，發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)非歸零電平編碼非歸零反相編碼歸零編碼(RZ)l歸零制編碼(RZ)使用了三個電平：正電平、負電平和零。在歸零制編碼(RZ)中，信號變化不是發(fā)生在比特之間而是發(fā)生在比特內(nèi)。在每個比特間隙的中間，信號將歸零。正電壓到零的跳變代表比特1，而負電壓到零的跳變代表比特0。每個比特中間的跳變可用于同步。 11100000振幅時間這些跳變用于同步雙相位編碼 l雙相位編碼中，信號在每比特間隙的中間發(fā)生改變但

34、并不歸零，而是轉(zhuǎn)為相反的一極。每個比特中間的跳變可用于同步。雙相位編碼有兩種方式：曼徹斯特曼徹斯特編碼編碼和差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼 l曼徹斯特編碼在每個比特間隙中間引入跳變來表示不同的比特和同步信息。一個正電平到負電平的跳變代表比特1，而一個負電平到正電平的跳變代表比特0。與歸零編碼相比，曼徹斯特編碼僅需要兩種電平。差分曼徹斯特編碼 l在差分曼徹斯特編碼中，比特間隙中間的跳變用于攜帶同步信息。每個比特間隙的開始位置有跳變代表比特0，沒有跳變則代表比特1。圖3-11顯示了同一比特模式的曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼 雙極性編碼 l雙極性編碼，和

35、歸零編碼一樣，也是用三個電平值：正電平、負電平和零。但是和歸零編碼不同的是，電平0在雙極性編碼中是代表比特0的，正負電平交替代表比特1。如果第一個比特1由正電平代表，則第二個比特1由負電平代表，第三個比特1由正電平代表，等等。l共有三種雙極性編碼：信號交替反轉(zhuǎn)碼信號交替反轉(zhuǎn)碼(AMI)、8 8零替換零替換編碼編碼(B8ZS)和高密度雙極性高密度雙極性3 3零編碼零編碼(HDB3)。信號交替反轉(zhuǎn)碼信號交替反轉(zhuǎn)碼l信號交替反轉(zhuǎn)碼(AMI)是雙極性編碼種最簡單的一種。0電平代表二進制0，二進制1由交替的正負電平代表。l通過對每次出現(xiàn)的1進行電平的交替反轉(zhuǎn)，AMI實現(xiàn)了兩個目標：l直流分量基本為零；l

36、一長串的比特1可以進行同步。但是對于一長串的比特0沒有同步確保機制。11100010振幅時間代表比特1的電平交替反轉(zhuǎn)第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)傳輸模式分類傳輸模式分類 數(shù)據(jù)傳輸模式是數(shù)據(jù)在信道上傳輸所采取的方式。計算機與另外的計算機進行網(wǎng)絡(luò)通信，需要經(jīng)過多個階段：計算機內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸、計算機和外部設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸、外部設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸、外設(shè)和計算機間傳輸?shù)鹊取Ｔ谶@個傳輸過程中，不同的信道采取的傳輸模式不同。 傳輸模式分類：l按照數(shù)據(jù)代碼傳輸順序：并行傳輸和串行傳輸；l按照傳輸?shù)耐椒绞剑和絺鬏敽彤惒絺鬏敚籰按照數(shù)據(jù)傳輸流向和時間關(guān)系：單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸；l按照數(shù)據(jù)信號特點：基

37、帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶數(shù)據(jù)傳輸。串行和并行傳輸 按照代碼傳輸順序，傳輸模式分為并行傳輸和串行傳輸兩種。l在串行傳輸中，每個時鐘脈沖只發(fā)送一個比特，它只使用一條線路，逐個地傳送每個比特。通信網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸都是以串行方式進行的 .l在并行傳輸時，在每個時鐘脈沖到來時，多個比特被同時發(fā)送，每個比特使用單獨的一條線路。串行和并行傳輸01101100設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備1設(shè)備201101100并行傳輸串行傳輸并行傳輸常應(yīng)用于近距離傳輸，例如計算機內(nèi)部以及和外部高速設(shè)備之間的通信，計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)總線就是并行傳輸?shù)睦?早期打印機和計算機通過并行口就是通過并行方式連接的。并行傳輸不適合于長距離通信

38、首先，在長距離上使用多條線路要比使用一條單獨線路昂貴。其次，長距離傳輸要求適用較粗的導(dǎo)線，從而降低信號的衰減。這時要把它們捆到一條單獨的電纜里相當困難。第三，短距離時，同時發(fā)送的比特總能夠幾乎同時收到。但長距離時，導(dǎo)線上的電阻會或多或少地阻礙比特的傳輸，從而使他們的到達稍塊或稍慢，將給接收端帶來麻煩。串行傳輸每次只能發(fā)送一個比特位，所以其速度比較慢。但是它比較便宜，計算機網(wǎng)絡(luò)中使用串行傳輸。注意雙絞線中的8芯線并非是并行傳輸。 單工、半雙工和全雙工通信 按照數(shù)據(jù)傳輸方向和時間關(guān)系劃分：l在單工模式中，通信是單向進行的，一條鏈路的兩個站點中只有一個可以進行傳輸，另一個只能接收。l無線電廣播或有線

39、電視及無線電視廣播就屬于這種類型。在計算機網(wǎng)絡(luò)中很少使用。l但是在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，接收方需要對接收的數(shù)據(jù)進行檢驗，檢查出錯誤需要發(fā)送方重發(fā)，正確要返回確認信息，因此就必須附有一條控制信道，傳遞控制信息。數(shù)據(jù)流向單工、半雙工和全雙工通信l在半雙工模式中，每個站點都可以發(fā)送和接收，但是不能同時發(fā)送和接收。當其中一個設(shè)備在發(fā)送時，另一個只能接收，反之亦然。 l在半雙工模式中，無論哪一方開始傳輸，就使用信道的整個帶寬?，F(xiàn)實生活中的對講機就屬于這種類型。第一次數(shù)據(jù)流向第二次數(shù)據(jù)流向單工、半雙工和全雙工通信l在全雙工模式（或稱雙工模式）中，兩個站點可以同時進行發(fā)送和接收。 在同一時刻，位于通信線路兩端的設(shè)

40、備既是信源又是信宿。l在全雙工模式中，兩個方向的信號共享鏈路帶寬。這種共享可以兩種方式進行：要么鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸路徑，一條發(fā)送，一條接收；要么將信道帶寬一分為二，同時傳輸兩個方向的信號。以太網(wǎng)采用4線方式實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸,1對回路用于發(fā)送,一對回路用于接收。而光纖不同，僅需收發(fā)各1根。l現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備基本上都屬于全雙工通信設(shè)備，但是為了兼容于以前設(shè)備，基本上都支持三種通信模式，而且是自適應(yīng)。但是在路由器和交換機等專用通信設(shè)備各別項目應(yīng)用時，在對通信端口數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)定時必須硬性規(guī)定兩端方式一致。數(shù)據(jù)流向同步傳輸和異步傳輸 按照數(shù)據(jù)傳輸同步方式劃分：l在通信過程中，發(fā)送方和

41、接收方在時間上保持一致才能準確地傳輸數(shù)據(jù)，這就叫同步。l同步傳輸成塊地傳送字符或比特流，字符之間不加開始位和停止位。這些成塊的字符或比特流被組合成數(shù)據(jù)幀，或稱為幀。數(shù)據(jù)幀的具體組織形式隨協(xié)議而定。l同步傳輸中，同步分為兩級實施：l（1）二進制位的同步。發(fā)送方和接收方的時鐘頻率必須保持嚴格一致，否則會導(dǎo)致偏離錯位。可以有兩種做法。一種是在接收端和發(fā)送端之間單設(shè)一條線傳送時鐘脈沖；另一種是采用自同步編碼，如曼徹斯特編碼等。l（2）數(shù)據(jù)幀的同步。在數(shù)據(jù)幀前后加上起始和結(jié)束標志，使得接收端能了解數(shù)據(jù)幀的起始和結(jié)束 。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 設(shè)備1設(shè)備2synsyncontroldataerrorendsynsy

42、ncontroldataerrorend數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀的具體組織形式雖然隨協(xié)議而定，不同的協(xié)議雖然有不同的組織形式，但數(shù)據(jù)幀有許多公共的特征。數(shù)據(jù)幀的第一部分是同步字符(SYN)，或者是一個特定的比特組合，用于通知接收方一個幀已經(jīng)到達。他類似于異步傳輸中的開始位，還能確保接收方的采樣速度和比特的到達速度保持一致。數(shù)據(jù)幀的第二部分是控制域，可能包含下列元素：源地址，指出數(shù)據(jù)幀從哪里來。目的地址，指出數(shù)據(jù)幀到哪里去。數(shù)據(jù)的實際字節(jié)數(shù)。序列號，在傳送多幀的情況下，數(shù)據(jù)幀可能無法按順序到達目的地，接收方序列號對數(shù)據(jù)幀進行重新排序。幀類型，不同的協(xié)議定義了不同種類的幀，是控制幀還是數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀的第三個部

43、分是數(shù)據(jù)域，也就是要發(fā)送的信息。第四部分是錯誤檢查域，用來檢測和校正傳輸錯誤。第五部分是幀結(jié)束標記，用于表示該幀已經(jīng)結(jié)束，沒有別的即將到達的比特了。同步傳輸和異步傳輸l異步傳輸指報文被劃分成小組獨立傳送。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會在什么時候到達。l異步傳輸存在一個潛在的問題，因為接收方并不知道數(shù)據(jù)什么時候到達，在他檢測到數(shù)據(jù)并做出反應(yīng)之前，第一個比特已經(jīng)過去了。l因此，每次異步傳輸都以一個開始位開頭，他通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)到達了。這就給了接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)的時間。l在傳輸結(jié)束時，一個停止位表示一次傳輸?shù)慕K止。收發(fā)雙方約定每一位的持續(xù)時間，使接收端嚴格跟蹤發(fā)

44、送端的時標，當時標略有偏移時，可利用每個比特組起始位的電平跳變重新同步。異步傳輸1110011000 1010011000 1100011000開始位停止位開始位停止位開始位停止位兩次傳輸?shù)臅r間間隙在異步傳輸中，當沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，發(fā)送器發(fā)送連續(xù)的停止位1，開始位使信號變成0，其它的比特位使信號隨比特值而變化。最后，停止位使信號重新變?yōu)?，該信號一直保持到下一個開始位到達。接收器根據(jù)從1到0的跳變來識別一個新字符的開始。圖中是用異步傳輸方式傳送數(shù)字字符的示意圖。從左到右發(fā)送了：00110001、00110010、00110011即ASCII編碼的1、2、3。異步傳輸不需要同步，因而實現(xiàn)簡單，但起

45、始位和結(jié)束位冗余較大，效率低。異步傳輸被設(shè)計用于低速設(shè)備，比如鍵盤。另外，它的開銷比較多，例如上面的例子，每8個比特的傳輸就得多傳輸兩個比特（一個開始位和一個停止位）。開銷較大，效率較低?；鶐鬏?、頻帶傳輸和寬帶傳輸基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸l按照信號特點可以分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸l基帶是指調(diào)制前原始信號所占用的頻帶，是原始信號所固有的基本頻帶。在信道中直接傳輸基帶信號時，稱為基帶傳輸，基帶傳輸?shù)男盘柤纯梢允悄M信號也可以是數(shù)字信號，具體類型有信源決定，目前主要是數(shù)字信號。采用基帶傳輸技術(shù)的系統(tǒng)稱為基帶傳輸系統(tǒng)。l在計算機中，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字數(shù)據(jù)信號是典型的矩形脈

46、沖信號;l矩形脈沖信號的固有頻帶稱做基本頻帶,簡稱為基帶,矩形脈沖信號就叫做基帶信號;l在發(fā)送端，基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過編碼器變換變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘?，例如：不歸零碼、差分不歸零碼、曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼信號;基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸l在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號;l由此可見，計算機網(wǎng)絡(luò)中的基帶傳輸是指在某一頻率上采用數(shù)字方式進行信號的傳輸，信號以離散的脈沖形式在網(wǎng)上傳輸。這種通信方式在通信過程中只傳輸一種數(shù)字信號，占用通信介質(zhì)上的所有容量，也就是占有了通信介質(zhì)上的所有帶寬。l基帶傳輸支持雙向通信，但這種系統(tǒng)在某一時刻只能有一臺設(shè)備進行

47、數(shù)據(jù)通信，占用信道。l基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式，成本較低，易于安裝調(diào)試?；鶐鬏斖ǔＳ糜诙叹嚯x的數(shù)據(jù)通信中，傳輸電路為雙絞線等對稱電纜。常見的以太網(wǎng)就采用的是基帶傳輸?；鶐鬏敗㈩l帶傳輸和寬帶傳輸基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸 頻帶傳輸就是把基帶數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制，變換成模擬信號后在公共電話線路上傳輸。l指把代表二進制數(shù)據(jù)的1和0信號，通過調(diào)制解調(diào)器變成具有一定頻帶范圍的模擬信號進行傳輸。到達接收端后，再把模擬信號解調(diào)成原來的數(shù)字信號。比如電話電路，一般頻帶范圍為300-3400Hz，基帶信號不能通過，所以要把基帶信號調(diào)制到電話電路的頻帶范圍內(nèi)傳輸。頻帶傳輸可實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)通信。l頻帶

48、傳輸與基帶傳輸不同，基帶傳輸中，基帶信號占用了信道的全部帶寬，而頻帶傳輸?shù)哪M信號通常由某一個或幾個頻率組成，占用了一個頻帶，即整個信道的一部分。l計算機網(wǎng)絡(luò)的遠程通信一般都為頻帶傳輸。如：modem基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸 寬帶傳輸：將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號，稱為寬帶傳輸l當通信介質(zhì)帶寬足夠大時，一個通信信道可以被劃分為多個邏輯基帶信道，允許多個不同頻率的模擬信號在網(wǎng)絡(luò)上同時傳輸，相互之間不產(chǎn)生沖突，因此寬帶傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率比較高。l寬帶傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是單向的，所以在常見的網(wǎng)絡(luò)中要么使用兩個不同的頻率來分別發(fā)送和接收信號，要么使

49、用兩條傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收信號。寬帶傳輸傳輸?shù)氖悄M信號。如：ADSL、CATV。線路配置l線路配置是指兩個或兩個以上的設(shè)備連接到鏈路的方式。為實現(xiàn)通信，兩個設(shè)備必須以某種方式同時連接到同一條鏈路上。l在數(shù)據(jù)通信中經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)電路、數(shù)據(jù)通信和通信線路這樣3個不同的概念。其中，通信線路是用于傳輸數(shù)據(jù)信號所使用的物理線路；通信信道是通信線路中傳遞信號時所使用的通道；數(shù)據(jù)電路是由DCE和通信信道組成的。l通信線路和通信信道之間的關(guān)系類似于公路與車道之間的關(guān)系，一條公路相當于一條通信線路，而在公路上劃分的每一個車道則相當于通信信道。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每一個數(shù)據(jù)電路構(gòu)成一個通信信道，占用通信線路的部分或全

50、部資源。線路配置 l有兩種線路配置方式：點到點連接和點到多點連接。l一個點到點連接提供了兩個設(shè)備之間的專用鏈路。整個信道的容量都被用于這兩個設(shè)備之間的傳輸。一般用于傳輸信息量很大，速率很高的業(yè)務(wù)。例如：兩臺計算機之間的直接相連和計算機與終端之間的直接連線，這種連接方式采用專用線路連接，也可以利用交換網(wǎng)絡(luò)建立連接。l一個多點連接的線路是兩個以上的設(shè)備共享一條鏈路的線路配置方式。在多點連接的環(huán)境中，信道的容量是通過某種途徑共享的。如：無線傳輸、同軸電纜網(wǎng)絡(luò)、信道的多路復(fù)用技術(shù)等。第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)l每當由多個設(shè)備存在的時候，就有如何把每一對設(shè)備連接起來，

51、使得任何一對設(shè)備能夠通信的問題。如果在每一對設(shè)備之間連接一條物理鏈路，每一條物理鏈路的利用率就會很低，而且當設(shè)備很多的時候，物理鏈路的數(shù)目很多，代價過于昂貴。所以，在每一對設(shè)備之間連接一條物理鏈路是不現(xiàn)實的。l使用點到多點連接技術(shù)，如總線技術(shù)，盡管可以減少物理鏈路的數(shù)目，但又受到傳輸范圍和設(shè)備數(shù)目的限制。所以，點到多點連接技術(shù)只適用于傳輸范圍有限并且設(shè)備數(shù)目有限的情況。l在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，所有的通信都不是在固定的線路中進行的，就像一個用戶家中的電話不是固定地連接到某個電話上，而是可以與通信網(wǎng)絡(luò)中的任何一部電話通信。比較好的解決方法是使用交換技術(shù)。l交換是在兩個或多個設(shè)備之間建立臨時連接，將多條

52、物理鏈路連接在一起，在兩個設(shè)備之間形成一條臨時通信路經(jīng)，使得沒有物理鏈路直接連接的兩個或多個設(shè)備之間能夠通信。電路交換的特點電路交換的特點 l兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。 更多的電話機互相連通更多的電話機互相連通l5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。 使用交換機使用交換機l人們發(fā)現(xiàn),要讓所有的電話機都兩兩相連接是不現(xiàn)實的.lN 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。l于是人們認識到，要想使得每一部電話能夠很方便地和另一部電話進行通信，就應(yīng)當是用電話交換機將這些電話連接起來。 交換機交換機交

53、換網(wǎng)絡(luò)和交換機l一個交換網(wǎng)絡(luò)由一系列稱為交換機的節(jié)點相互連接而成。交換機具有在連接到交換機上的兩個或多個設(shè)備之間建立臨時連接的能力。 l例如A和G要通信，交換機1在A和交換機4之間建立臨時連接，交換機4在交換機1和交換機5之間建立臨時連接，交換機5在交換機4和G之間建立臨時連接，這樣A和G之間就有了一條臨時的通信路經(jīng)。A654321JIHGFEDCB交換方式分類交換方式分類l在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。l從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。l在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，所有的通信（例如電話通信

54、、數(shù)據(jù)通信等）都不是在固定的線路中進行的。l傳統(tǒng)的交換方式由三種：電路交換、報文交換（也稱消息交換）、分組交換（也稱報交換）l隨著交換技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的交換技術(shù)，又稱為快速分組交換技術(shù)，例如ATM交換（也稱信元交換、異步傳輸模式）和幀中繼（FrameRelay）電路交換 l電路交換是在兩個設(shè)備之間創(chuàng)建一條臨時的物理連接。所以我們可以把電路交換機看作是一個多路開關(guān) 。l在圖所示的電路交換網(wǎng)絡(luò)中，A和E之間創(chuàng)建了一條臨時的物理連接，C和G之間也創(chuàng)建了一條臨時的物理連接。通過電路交換機，左邊的任何一臺計算機可以連接右邊的任何一臺計算機。 l電路交換機是由n個輸入和m個輸出的設(shè)備。可以在任何一

55、條輸入鏈路和任何一條輸出鏈路之間創(chuàng)建一個臨時連接。n和m可以不相等。電路交換機分為空分交換機和時分交換機兩種。A21GFEDCB3電路交換過程電路交換過程l電路交換過程：電路交換必定是面向連接的，它分三個階段：電路建立 、數(shù)據(jù)傳輸 、電路拆除。l在使用電路交換打電話之前，必須先撥號建立連接。當撥號的信令通過許多交換機到達被叫用戶所連接的交換機時，該交換機就向用戶的電話機振鈴。在被叫用戶摘機且摘機信令傳送回到主叫用戶所連接的交換機后，呼叫即完成。這時，從主叫端到被叫端就建立了一條連接（物理通道）。此后主叫和被叫雙方才能互相通電話。通話完畢掛機后，掛機信令告訴這些交換機，使交換機釋放剛才使用的這條

56、物理通路。這種必須經(jīng)過“建立連接通信釋放鏈接”三個步驟的聯(lián)網(wǎng)方式稱為面向連接的。電路交換過程電路交換過程l電路交換的特點是在通信開始之前，要在兩個通信設(shè)備之間建立起一條完全被通信雙方所占用的物理通路。而這樣的通路一般是由兩個設(shè)備之間的若干節(jié)點逐段接通這兩個設(shè)備之間的物理鏈路而成的。其過程包括以下三個步驟：l電路建立。從要求進行通信的源站點出發(fā)，逐段尋找可以占用的鏈路，一直到把目的站點接通為止。這個過程一般需要較長的延時。尋找可以占用的鏈路是交換機的路由功能。l數(shù)據(jù)傳輸。電路建立之后，即可進行數(shù)據(jù)傳輸。l電路拆除。通信結(jié)束后，通信的任何一方可通知電路沿途各節(jié)點將電路拆除，供其他站點使用。電路交換

57、舉例電路交換舉例lA 和 B 通話經(jīng)過四個交換機l通話在 A 到 B 的連接上進行交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAA1.通話前先撥號建立連接。 可能只要經(jīng)過一個交換機（如 A 到 B） 可能要經(jīng)過多個交換機（如 C 到 D）2.通話過程中，通信雙方一直占用所建立的連接。3.通話結(jié)束后，掛機釋放連接。電路交換的過程電路交換的過程交換機交換機交換機交換機交換機交換機BCD電路交換特點電路交換特點l應(yīng)當注意的是，用戶線歸電話用戶專用，而對交換機之間擁有大量話路的中繼線則是許多用戶共享的，正在通話的用戶只占用了其中一個話路，在通話的全部時間內(nèi)，通話的兩個用戶始終占用端到端的固定

58、傳輸帶寬。l電路交換特點：由于計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。l當使用電路交換來傳輸計算機數(shù)據(jù)時，其線路的傳輸效率往往很低。這是因為計算機數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上，因此線路上真正用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到10%，甚至1%。在絕大部分時間里，已被用戶占用的通信線路實際上是空閑的。l例如，當用戶閱讀終端屏幕上的信息或用鍵盤輸入和編輯一份文件時，或計算機正在進行處理而結(jié)果尚未返回時，寶貴的通信線路資源實際上并未被利用而是白白浪費了。報文交換 l報文交換又稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)。它的基本原理是在報文的傳輸過程中，由網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點將報文暫時存儲起來，檢查它的正確性和完整性，然后再發(fā)往下一個

59、節(jié)點。如果下一段鏈路發(fā)生阻塞或損壞，那么這個報文可以存儲較長時間再發(fā)送。當然，如果有另外的鏈路可用的話，也可以選擇另外的鏈路發(fā)送。 l例：古代郵政通信（中間有驛站，八百里加急是換馬換人傳遞）采用了轉(zhuǎn)發(fā)策略。l在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(message switching)。在報文交換中心，一份份電報被接收下來，穿成紙帶。操作員以每份報文為單位，撕下紙帶，根據(jù)報文的目的地址，拿到相應(yīng)的發(fā)報機轉(zhuǎn)發(fā)出去。報文交換特點報文交換特點l在報文交換中，整個報文是作為一個整體來處理的，由于報文一般具有較長的長度，所以一般用外存儲器來暫存報文。由于報文交換要在每個中間節(jié)點對整

60、個報文進行差錯校驗，因此必須等到整個報文到達后才可能被轉(zhuǎn)發(fā)。當報文比較長時，等待的時間就比較長。如果再考慮到負載較重時的排隊時間和外存儲器中的存儲時間，報文傳輸?shù)难舆t相當大。由于這些缺點，報文交換技術(shù)已逐漸被淘汰。分組交換 l分組交換又稱為包交換。包交換技術(shù)首先使用在ARPA網(wǎng)上。在分組交換中，較長的報文被分為較短的數(shù)據(jù)單元，然后每個數(shù)據(jù)單元被加上一些通信控制信息等內(nèi)容，形成一個信息包(packet)。通信時以包為單位發(fā)送、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。信息包包含數(shù)據(jù)和包頭，包頭由通信控制信息(如地址和優(yōu)先級)、差錯控制信息等組成。l信息包長度一般在1千至幾千比特，比報文短得多，因此可以在中間站點的主存隊列中存儲，而不必訪問外存。而